Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM EDUCAÇÃO MATEMÁTICA ÁREA DE ENSINO E APRENDIZAGEM DA MATEMÁTICA E SEUS FUNDAMENTOS FILOSÓFICO-CIENTÍFICOS INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E CIÊNCIAS EXATAS RIO CLARO 2018 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA ELIEL CONSTANTINO DA SILVA PENSAMENTO COMPUTACIONAL E A FORMAÇÃO DE CONCEITOS MATEMÁTICOS NOS ANOS FINAIS DO ENSINO FUNDAMENTAL: UMA POSSIBILIDADE COM KITS DE ROBÓTICA Eliel Constantino da Silva PENSAMENTO COMPUTACIONAL E A FORMAÇÃO DE CONCEITOS MATEMÁTICOS NOS ANOS FINAIS DO ENSINO FUNDAMENTAL: UMA POSSIBILIDADE COM KITS DE ROBÓTICA Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto de Geociências e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Campus de Rio Claro, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Educação Matemática. Orientadora: Prof. Dra. Sueli Liberatti Javaroni Rio Claro - SP 2018 S586p Silva, Eliel Constantino da Pensamento Computacional e a formação de conceitos matemáticos nos Anos Finais do Ensino Fundamental : uma possibilidade com kits de robótica / Eliel Constantino da Silva. -- Rio Claro, 2018 264 p. : il., tabs., fotos + 1 CD-ROM Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Rio Claro Orientadora: Sueli Liberatti Javaroni 1. Arduino. 2. Scratch for Arduino. 3. Resto da divisão euclidiana. 4. Congruência entre dois números inteiros (módulo n). 5. Educação Matemática. I. Título. Sistema de geração automática de fichas catalográficas da Unesp. Biblioteca do Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Rio Claro. Dados fornecidos pelo autor(a). Essa ficha não pode ser modificada. Eliel Constantino da Silva Pensamento Computacional e a formação de conceitos matemáticos nos Anos Finais do Ensino Fundamental: uma possibilidade com kits de robótica Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto de Geociências e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Campus de Rio Claro, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Educação Matemática. Comissão Examinadora Profa. Dra. Sueli Liberatti Javaroni - Orientadora FC/UNESP/BAURU (SP) Profa. Dra. Idania Blanca Peña Grass Universidad Central de Las Villas/Santa Clara - Villa Clara/Cuba Prof. Dr. Marcus Vinicius Maltempi IGCE/UNESP/Rio Claro (SP) Resultado: Aprovado. Rio Claro, SP, 21 de dezembro de 2018. Aos meus pais: Cleoci e Elias Aos meus professores AGRADECIMENTO “Que darei eu ao Senhor, por todos os benefícios que me tem feito?” (Salmos, 116:12). Com o mesmo sentimento expresso pelo salmista no verso citado, inicio os meus agradecimentos me dirigindo ao autor da minha fé que me guiou durante todo o período de realização do Mestrado, cuidando de todos os detalhes e colocando em meu caminho pessoas que contribuíram para que a pesquisa aqui apresentada pudesse ser concretizada, as quais passo a agradecer: Aos meus pais, Cleoci e Elias, a quem dedico essa dissertação, que permitiram, há alguns anos, que eu voasse e alcançasse novos horizontes. O título de Mestre em Educação Matemática é uma das conquistas que faz parte desse voo e com certeza ele é dedicado a vocês. Amo vocês! Aos meus irmãos e família, em geral, que pacientemente entenderam minhas ausências e, como sempre, me apoiaram em todas as minhas escolhas. À Gabriela Zumpano por se tornar mais que uma amiga no período do Mestrado, dedicando à mim seu tempo, carinho e companheirismo, por ter se tornado meu porto seguro na hora da raiva, angústia, tristeza e preocupações, por se alegrar e comemorar comigo, por cuidar de mim, me inspirar e me ensinar tantas coisas nesse período sem querer nada em troca. À minha orientadora, Sueli Liberatti Javaroni, por confiar em meu trabalho, por me dar autonomia, por acreditar em minhas ideias e se doar para que elas pudessem ser realizadas, mesmo quando não sabíamos se daria certo. Agradeço, imensamente, por mergulhar fundo comigo nesse tema de investigação e por juntos estarmos construindo uma linda trajetória de pesquisa sobre Pensamento Computacional e Educação Matemática. Meu desejo é que essa parceria dure por muitos anos! Muito obrigado! Aos membros da banca: Idânia Blanca Peña Grass e Marcos Vinicius Maltempi, pelas contribuições, respeito e cuidado com meu trabalho. Ao Programa de Pós-Graduação em Educação Matemática pelas experiências adquiridas através das disciplinas, jornadas, seminários e apoio aos eventos. Aos professores: Lourdes de la Rosa Onuchic, Marcelo Borba, Marcos Vinicius Maltempi, Maria Antonia Ramos de Azevedo, Rômulo Lins (in memorian) e Sueli Liberatti Javaroni, agradeço a oportunidade de aprender com vocês através das disciplinas cursadas que contribuíram para a minha formação como professor e pesquisador. Ao GPIMEM pelo acolhimento, trocas de experiências, apoio e aprendizagens. É um prazer ser membro desse grupo e juntos contribuirmos com a Educação Matemática. Ao líder do GPIMEM, Prof. Dr. Marcelo Borba, muito obrigado pela ajuda com a produção dos dados. Não esquecerei o dia em que conversamos e, gentilmente, olhou em meus olhos e disse: “vamos dar um jeito! Você não ficará sem dados para o Mestrado”. Obrigado pelas provocações, paciência e ensinamentos. Sou admirador de seu trabalho, me inspiro e aprendo com suas ações. À Ana Karina Baroni, Hannah Lacerda, Juliana Martins, Lara Barbosa, Marcelo Souza, Maria Francisca da Cunha, Maria Teresa Zampieri, Nilton Domingues, Rodrigo Souza (Festa), Sueli Javaroni, Tiago Chinellato, Vanessa Oechsler e Vinicius Honorato pelo apoio com o transporte dos notebooks. À Amanda Almeida, Laís Romanello e Lara Barbosa por disponibilizarem seus notebooks pessoais para que os estudantes da escola pudessem utilizá-los no desenvolvimento das atividades da pesquisa de campo. À todo o corpo gestor, docente, discente e servidores da Escola Estadual Professora Carolina Augusta Seraphim, pelo apoio, parceria, respeito e cuidado com a pesquisa. À Soráia Pessoa, diretora da escola, obrigado por abrir as portas da escola e permitir que o trabalho fosse desenvolvido. À Rosemari Vianna, coordenadora pedagógica da escola, obrigado pelo sorriso sempre aberto e carinho com que sempre me recebeu. À Profa. Ana Maria Soares, minha gratidão pela parceria, por disponibilizar suas aulas para que eu pudesse realizar a pesquisa de campo, pelos conselhos, ajuda, incentivos e, principalmente, pela amizade. Aos estudantes do nono ano do Ensino Fundamental de 2017, muito obrigado pela participação. Vocês são demais! Aos membros da “Rep Calleri”, pelo acolhimento em Rio Claro. À Alice Lopes, Ana Karina Baroni, Gabriela Barbosa, Natália Campos, Nayra Martins e Patrícia Fasseira, pela amizade, momentos de desabafos e incentivos durante o período de desenvolvimento do Mestrado. À Alissan Firão e Pollyana Mauricio pela ajuda toda especial: obrigado, meninas! Aos “amiguinhos do Deison R-” pela parceria e amizade que sempre renovam minhas energias quando nos encontramos. É tão bom vermos que estamos crescendo sem perder nossas identidades. O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001. E a todos que de alguma forma se conectaram a mim e me fizeram refletir trazendo contribuições para a minha formação enquanto Mestre: muito obrigado! “Não sou “eu” que sou inteligente, mas “eu” com o grupo humano do qual sou membro, comminha língua, com toda uma herança de métodos e tecnologias intelectuais (dentre as quais, o uso da escrita)” (LÉVY, 1993, p. 135, grifo do autor). RESUMO A pesquisa de Mestrado que apresento nesta dissertação foi conduzida pela pergunta: Quais as possíveis contribuições que o desenvolvimento do Pensamento Computacional pode propiciar ao processo de formação de conceitos matemáticos de estudantes do nono ano do Ensino Fundamental? Entendemos o Pensamento Computacional como um conjunto de processos de pensamentos que desenvolvemos para resolver um determinado problema de forma que busquemos reconhecer padrões, realizar decomposição do problema em partes menores, realizar um raciocínio algorítmico e abstrato, que podem nos ajudar a pensar em novas ideias à medida que conexões vão surgindo nesse desenvolvimento, ou seja, procedimentos organizados algoritmicamente que nos auxilie a pensar sobre o pensar. Para buscar respostas à essa pergunta, realizei observação participante na disciplina Práticas de Matemática, ministrada à quatro turmas de estudantes do nono ano do Ensino Fundamental da Escola Estadual Professora Carolina Augusta Seraphim, pertencente ao Programa de Ensino Integral, durante o período de abril a novembro de 2017. Nessas turmas, aplicamos quatro planos de aula acerca do significado do resto da divisão euclidiana e congruência entre números inteiros (módulo n), utilizando os kits de robótica Arduino Uno e programação com o software Scratch for Arduino. Tais atividades tiveram por princípio estimular nos estudantes o desenvolvimento do Pensamento Computacional para estudarem e aprenderem os conteúdos matemáticos envolvidos naquelas atividades. Como procedimentos metodológicos de produção dos dados no cenário de investigação, utilizamos gravações em áudios e vídeos dos trabalhos dos estudantes nas aulas observadas, caderno de campo de anotações do pesquisador e a realização de entrevistas com os estudantes e com a professora responsável pela disciplina observada. As análises dos dados produzidos nessa investigação revelam que o desenvolvimento do Pensamento Computacional propiciado pelo trabalho com kits de robótica, contribuiu para a formação de conceitos matemáticos dos estudantes envolvidos, uma vez que ao programar e ao interpretar a programação criada junto com o protótipo que foi criado, eles mobilizaram conceitos já adquiridos de modo que a depuração e o processo reflexivo permitissem a sistematização e formação de novos conceitos. A decomposição do problema e reconhecimento de padrões fizeram com que os estudantes refletissem e investigassem o significado dos conceitos envolvidos no algoritmo da divisão euclidiana ressignificando conhecimentos já adquiridos e dando significado a novas aprendizagens. O raciocínio algorítmico e abstrato possibilitou a aplicação do significado do resto da divisão euclidiana em outras situações que atrelado, novamente, a decomposição e reconhecimento de padrões, contribuiu para que o conceito congruência de números inteiros (módulo n) pudesse ser desenvolvido e formalizado por alguns estudantes. Palavras-chave: Arduino. Scratch for Arduino. Resto da divisão euclidiana. Congruência entre dois números inteiros (módulo n). Educação Matemática. ABSTRACT The Master's research that I present in this dissertation was conducted by the question: What the possible contributions that the development of Computational Thinking can propitiate to the process of forming mathematical concepts of students of the ninth grade of Elementary School? We understand Computational Thinking as a set of thought processes that we develop to solve a problem, so that we try to recognize patterns, to decompose the problem into smaller parts, to perform algorithmic and abstract reasoning, which can help us think of new ideas in order to connections are developed in this development, that is, procedures organized by algorithms to help us think about to think. To find answers to this question, I made a participant observation in the Mathematics Practices course, given to the four groups of students of the ninth grade of Elementary School of the State School Professor Carolina Augusta Seraphim, belonging to the Integral Teaching Program, during the period of April to November 2017. In these classes, we applied four lesson plans about the meaning of the rest of the Euclidean division and congruence between integers (module n) using Arduino Uno robotics kits and programming with Scratch for Arduino software. These activities had in principle to stimulate in students the development of Computational Thinking to study and to learn the mathematical contents involved in those activities. As methodological procedures for the production of the data in the research scenario, we used audio and video recordings of the students' work in the classes observed, researcher's notebook and the interviews with the students and the teacher responsible for the observed discipline. The analysis of the data produced in this research reveals that the development of Computational Thinking provided by the work with robotic kits contributed to the formation of mathematical concepts of the students involved, since that to program and to interpret the programming created together with the prototype that was created, they mobilized concepts already acquired so that the debugging and the reflective process allowed the systematization and formation of new concepts. The decomposition of the problem and recognition of standards made the students reflect and investigate the meaning of the concepts involved in the algorithm of the Euclidean division, re-meaning acquired knowledge and giving meaning to new learning. The algorithmic and abstract reasoning made possible the application of the meaning of the rest of the Euclidean division in other situations that, again, the decomposition and recognition of patterns, contributed to the concept that congruence of integers (modulo n) could be developed and formalized by some students. Keywords: Arduino. Scratch for Arduino. Rest of the Euclidean division. Congruence between two integers numbers (modulo n). Mathematics Education. LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Placa arduino ........................................................................................... 69 Figura 2 – Protoboard ............................................................................................... 64 Figura 3 – Interface do software S4A ........................................................................ 66 Figura 4 – Programação inicial de Felipe, Isabela e Rafaela .................................... 77 Figura 5 – Programação de Felipe, Isabela e Rafaela com os blocos “digital on” e “digital off”.................................................................................................................. 79 Figura 6 – Programação de Isabela .......................................................................... 80 Figura 7 – Programação de Felipe ............................................................................ 82 Figura 8 – Programação final de Felipe, Isabela e Rafaela ....................................... 83 Figura 9 – Rafaela altera a programação final .......................................................... 84 Figura 10 – Programação de Felipe, Isabela e Rafaela com os blocos “espere segundos” entre os blocos “repita” ............................................................................ 85 Figura 11 – Gabriel iniciando a programação............................................................ 88 Figura 12 – Programação de Fabio, Gabriel e Gabriel Fernando .............................. 90 Figura 13 – Programação de Gabriel após criar estratégias de como acender o LED vermelho.................................................................................................................... 91 Figura14 – Início da programação de Manuella e Valentina .................................... 92 Figura 15 – Algoritmo criado por Manuella e Valentina ............................................. 94 Figura 16 – Algoritmo construído por Ana Beatriz, Dhiulia e Djenifer ........................ 95 Figura 17 – Ana Beatriz, Dhiulia e Djenifer tentanto usar o bloco “repita” ................. 96 Figura 18 – Programação final de Ana Beatriz, Dhiulia e Djenifer ............................. 97 Figura 19 – Programação de Alice, Beatriz e Miguel ................................................ 98 Figura 20 – Programação final de Alice, Beatriz e Miguel ......................................... 99 Figura 21 – Semáforo construído com kit de robótica arduino Uno ......................... 100 Figura 22 – Resolução de Ana Beatriz, Dhiulia e Djenifer ....................................... 105 Figura 23 – Resolução de Manuella e Valentina ..................................................... 118 Figura 24 – Resolução de Gabriel, Gabriel Fernando e Isabela para 6 horas e 8 segundos ................................................................................................................. 122 Figura 25 – Divisão de 134 por 3 com material dourado, realizado por Heitor ........ 129 Figura 26 – Representação de 368 com material dourado ..................................... 130 Figura 27 – Transformando 3 centenas em 30 dezenas ......................................... 131 Figura 28 – Divisão de 36 dezenas por 12 com o material dourado ....................... 132 Figura 29 – Transformação de unidades em décimos ............................................ 133 Figura 30 – Programação de Leandro, Leonardo e Davi para acender o LED vermelho.................................................................................................................. 139 Figura 31 – Algoritmos criados por Leandro, Leonardo e Davi para acender o LED vermelho e verde ..................................................................................................... 140 Figura 32 – Programação de Leandro, Leonardo e Davi para que fossem aceso dois LED no protótipo ..................................................................................................... 140 Figura 33 – Programação completa de Leandro, Leonardo e Davi ......................... 141 Figura 34 – Programação de Kemilly, Lucas e Sthefany para que o LED vermelho acenda e apague ..................................................................................................... 142 Figura 35 – Primeira programação de Kemilly, Lucas e Sthefany para acender e apagar o LED .......................................................................................................... 143 Figura 36 – Programação inicial de Maria Luiza, Arthur e Nicole para acender os três LED do protótipo ..................................................................................................... 146 Figura 37 – Algoritmo de Maria Luiza, Arthur e Nicole para os três LED ................ 146 Figura 38 – Programação de Patrick e Pedro ......................................................... 148 Figura 39 – Programação de Leandro, Leonardo e Davi no Plano de Aula 3 ......... 150 Figura 40 – Programação do semáforo finalizada por Leandro, Leonardo e Davi .. 151 Figura 41 – Programação final de Leandro, Leonardo e Davi ................................. 154 Figura 42 – Lara mexendo no editor de pintura do S4A .......................................... 156 Figura 43 – Programação de Bernardo, Rafael e Luiz no Plano de Aula 3 ............. 158 Figura 44 – Programação de Arthur e Maria Luiza no Plano de Aula 3 .................. 159 Figura 45 – Programação de Sthefany, Kemilly e Lucas ......................................... 162 Figura 46 – Programação de Kemilly e Sthefany no S4A para o LED vermelho ..... 168 Figura 47 – Continuando a programação após o LED vermelho............................. 168 Figura 48 – Programação do LED vermelho e amarelo .......................................... 171 Figura 49 – Programação completa do semáforo ................................................... 172 Figura 50 – Programação com o novo bloco inicial ................................................. 173 Figura 51 – Modificação da programação realizada ................................................ 174 Figura 52 – Nova programação do semáforo .......................................................... 175 Figura 53 – Nova tentativa de Kemilly e Sthefany ................................................... 176 Figura 54 – Resolução de Patrick, Pedro e Nicole no Plano de Aula 4 ................... 182 Figura 55 – Anotações de Leandro, Leonardo e Davi – parte 1 .............................. 183 Figura 56 – Anotações de Leandro, Leonardo e Davi – parte 2 .............................. 184 Figura 57 – Construção inicial de Heloísa e Marina – Plano de Aula 2 ................... 194 Figura 58 – Programação de Heloísa e Marina com o bloco “espere segundos” .... 195 Figura 59 – Programação final de Heloísa e Marina – Plano de Aula 2 .................. 195 Figura 60 – Primeira construção de Guilherme e Sara ........................................... 196 Figura 61 – Programação do semáforo com som ................................................... 197 Figura 62 – Programação de Letícia e Giovanna Gabriela – Plano de Aula 2 ........ 198 Figura 63 – Programação de Lorenzo e Clara ........................................................ 199 Figura 64 – Programação de João Pedro, Nicolas e Enzo ...................................... 200 Figura 65 – Programação final de João Pedro, Nicolas e Enzo – Plano de Aula 3 . 205 Figura 66 – Programação de Letícia e Giovanna Gabriela ..................................... 200 Figura 67 – Programa do jogo Pong criado por Pietro ............................................ 209 Figura 68 – Programação de Fernanda, Eduardo e Felipe ..................................... 211 Figura 69 – Protótipo criado por Fernanda, Eduardo e Felipe ................................ 211 Figura 70 – Foto da montagem do protótipo do LED vermelho por Cecília, Cauã e Yuri .................................................................................................................. 213 Figura 71 – Programação de Daniel, Theo e Eduardo – Plano de Aula 3 ............... 216 Figura 72 – Programação de Henrique e Fernanda ................................................ 220 Figura 73 – Programação de Pietro, Clara e Murilo ................................................ 222 Figura 74 – Anotações de Pietro, Clara e Murilo ..................................................... 223 LISTA DE QUADROS Quadro 1 – Diálogo entre Alice, Beatriz, Miguel e Eliel – Plano de Aula 1 ................ 71 Quadro 2 – Diálogo entre Felipe, Gabriel Fernando, Isabela e Eliel ......................... 75 Quadro 3 – Diálogo entre Felipe, Isabela, Rafaela e Eliel ......................................... 77 Quadro 4 – Rafaela Dialogando sobre sua ideia para a programação do LED ......... 80 Quadro 5 – Felipe, Isabela e Rafaela explicando a programação ............................. 86 Quadro 6 – Diálogo entre Manuella e Valentina ........................................................ 92 Quadro 7 – Primeira resolução de Ana Beatriz, Dhiulia e Djenifer .......................... 106 Quadro 8 – Ana Beatriz, Dhiulia e Djenifer resolvendo por regra de três ................ 107 Quadro 9 – Diálogo de Ana Beatriz, Dhiulia e Djenifer com Eliel sobre suas resoluções ............................................................................................................... 109 Quadro 10 – Alice e Beatriz tentando interpretar e resolver matematicamente o problema ................................................................................................................. 114 Quadro 11 – Segundatentativa de resolução de Alice, Beatriz e Miguel ................ 115 Quadro 12 – Resolução de Manuella e Valentina para 2 minutos e 47 segundos .. 117 Quadro 13 – Resolução de Manuella e Valentina utilizando divisão ....................... 119 Quadro 14 – Conversa com a turma a sobre 368 dividido por 12 ........................... 124 Quadro 15 – Diálogo inicial de Leandro, Leonardo e Davi sobre a resolução do problema do semáforo ............................................................................................ 152 Quadro 16 – Leandro, Leonardo e Davi efetuando a divisão com o tempo transformado para segundos ................................................................................... 153 Quadro 17 – Diálogo entre Arthur e Maria Luiza sobre a cor do semáforo após 2 minutos e 16 segundos de funcionamento .............................................................. 159 Quadro 18 – Diálogo de Sthefany, Kemilly e Lucas na construção inicial do algoritmo para acender o LED ............................................................................................... 159 Quadro 19 – Diálogo de Kemilly, Sthefany e Lucas na resolução do problema do semáforo de 3 minutos e 5 segundos ..................................................................... 163 Quadro 20 – Diálogo de Kemilly, Sthefany e Lucas – Planos de Aula 3 ................. 165 Quadro 21 – Diálogo de Kemilly e Sthefany acerca do protótipo criado e sua representação no software ...................................................................................... 169 Quadro 22 – Segundo diálogo de Kemilly e Sthefany ............................................. 170 Quadro 23 – Diálogo de Eliel com Kemilly e Sthefany ............................................ 177 Quadro 24 – Diálogo entre Eliel, Kemilly e Sthefany sobre o início da ideia de congruência ............................................................................................................. 180 Quadro 25 – Diálogo inicial de Leandro, Leonardo e Davi no desenvolvimento do Plano de Aula 4 ....................................................................................................... 185 Quadro 26 – Diálogo entre Eliel e Leandro ............................................................. 188 Quadro 27 – Diálogo de Eliel com João Pedro, Nicolas e Enzo .............................. 200 Quadro 28 – Diálogo de Eliel com João Pedro, Nicolas e Enzo na resolução do problema do semáforo ............................................................................................ 202 Quadro 29 – Continuação do diálogo de João Pedro, Nicolas e Enzo com Eliel .... 204 Quadro 30 – Diálogo de Eliel com Giovanna Gabriela ............................................ 205 Quadro 31 – Diálogo de Fernanda, Eduardo e Felipe com Eliel ............................. 212 Quadro 32 – Diálogo de Cecília, Cauã e Yuri sobre o tempo de 2 minutos e 37 segundos ................................................................................................................. 214 Quadro 33 – Diálogo de Daniel, Theo, Eduardo e Eliel ........................................... 216 Quadro 34 – Diálogo de Henrique e Fernanda com Eliel ........................................ 220 Quadro 35 – Diálogo de Pietro, Henrique e Yuri sobre congruência de números inteiros (módulo n) ................................................................................................... 224 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Dinâmica das aulas das disciplinas Práticas de Matemática e Práticas de Ciências antes das ações da pesquisa ..................................................................... 54 Tabela 2 – Dinâmica das aulas das disciplinas Práticas de Matemática e Práticas de Ciências durante as ações da pesquisa .................................................................... 55 Tabela 3 – Cronograma das ações na escola no segundo semestre de 2017 .......... 61 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS BDTD – Biblioteca Digital Brasileira de Teses e Dissertações CAPES – Coordenação e Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior FADITU – Faculdade de Fireito de Itu FCT – Faculdade de Ciências e Tecnologia GPEA – Grupo de Pesquisa em Ensino e Aprendizagem como Objeto da Formação do Professor GPIMEM – Grupo de Pesquisa em Informática, Outras Mídias e Educação Matemática IC – Iniciação Científica IMPA – Instituto de Matemática Pura e Aplicada INEP – Instituto Nacional de Estudo e Pesquisa Anísio Teixeira OBEDUC – Observatório da Educação OBMEP – Olimpíada Brasileira de Matemática das Escolas Públicas PIBID – Programa Institucional Brasileiro de Iniciação à Docência PIC – Programa de Iniciação científica PLI – Programa de Licenciaturas em Matemática PPGE – Programa de Pós-Graduação em Educação PPGEM – Programa de Pós-Graduação em Educação Matemática PROFMAT – Mestrado Profissional em Matemática em Rede Nacional PUC – Pontifícia Universidade Católica SP – São Paulo S4A – Scratch for Arduíno UFMT – Universidade Federal de Mato Grosso UNESP – Universidade Estadual Paulista UNICAMP – Universidade Estadual de Campinas UNISO – Universidade de Sorocaba USP – Universidade de São Paulo ZDP – Zona de Desenvolvimento Proximal SUMÁRIO 1 PRIMEIRAS PALAVRAS, TRAJETÓRIA E ALGUMAS CONCEPÇÕES ................................................................................................................... 155 1.1 Por que uma pesquisa com robótica e Pensamento Computacional na Educação Básica? ..................................................................................................... 6 1.2 Algumas concepções ............................................................................... 19 1.3 Levantamento Bibliográfico .................................................................... 21 1.4 Estrutura da dissertação ......................................................................... 25 2 PENSAMENTO COMPUTACIONAL ......................................................... 27 3 COMO OCORRE O DESENVOLVIMENTO COGNITIVO E A FORMAÇÃO DE CONCEITOS? ..................................................................................................... 34 3.1 O ambiente e o desenvolvimento cognitivo ........................................... 34 3.2 Desenvolvimento e Aprendizagem ......................................................... 36 3.3 Formação de Conceitos ........................................................................... 40 4 PRODUÇÃO DOS DADOS E O CENÁRIO DE INVESTIGAÇÃO ............. 46 4.1 Metodologia e procedimentos metodológicos ...................................... 46 4.2 Pergunta de pesquisa e objetivos........................................................... 49 4.3 Construindo o cenário da pesquisa de campo ...................................... 50 4.4 Kit de robótica Arduino Uno e software Scratch for Arduino (S4A) .... 62 4.5 Tratamento e análise dos dados produzidos ......................................... 67 5 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS DADOS ................................................... 69 5.1 Turma A ........................................................ 69Erro! Indicador não definido. 5.1.1 Plano de Aula 1 .......................................................................................... 70 5.1.2 Plano de Aula 2 .......................................................................................... 76 5.1.3 Plano de Aula 3 ........................................................................................ 100 5.1.4 Plano de Aula 3.5 ..................................................................................... 127 5.2 Turma B................................................................................................... 134 5.2.1 Plano de Aula 1 ........................................................................................ 135 5.2.2 Plano de Aula 2 ........................................................................................ 137 5.2.3 Plano de Aula 3 ........................................................................................ 149 5.2.4 Plano de Aula 4 ........................................................................................ 167 5.3 Turma C ................................................................................................... 192 5.3.1 Plano de Aula 1 ........................................................................................ 192 5.3.2 Plano de Aula 2 ........................................................................................ 193 5.3.3 Plano de Aula 3 ........................................................................................ 199 5.3.4 Plano de Aula 4 ........................................................................................ 207 5.4 Turma D ................................................................................................... 207 5.4.1 Plano de Aula 1 ........................................................................................ 208 5.4.2 Plano de Aula 2 ........................................................................................ 209 5.4.3 Plano de Aula 3 ........................................................................................ 213 5.4.4 Plano de Aula 4 ........................................................................................ 221 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................... 228 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................... 235 APÊNDICE A – ROTEIRO DA ENTREVISTA SEMIESTRUTURADA COM OS ESTUDANTES PARTICIPANTES DA PESQUISA .......................................... 240 APÊNDICE B – CARTA DE APRESENTAÇÃO DA PESQUISA ........... 242 APÊNDICE C – CARTA DE APRESENTAÇÃO DO PESQUISADOR ... 244 APÊNDICE D – CARTA DE APRESENTAÇÃO DA PESQUISA AOS RESPONSÁVEIS E TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO ... 246 APÊNDICE E – PLANO DE AULA 1 ...................................................... 250 APÊNDICE F – PLANO DE AULA 2 ...................................................... 252 APÊNDICE G – PLANO DE AULA 3 ...................................................... 255 APÊNDICE H – PLANO DE AULA 4 ...................................................... 258 APÊNDICE I – PLANO DE AULA 3.5 ..................................................... 260 APÊNDICE J – ROTEIRO DA ENTREVISTA SEMIESTRUTURADA COM A PROFESSORA ANA ........................................................................................... 262 15 1 PRIMEIRAS PALAVRAS, TRAJETÓRIA E ALGUMAS CONCEPÇÕES “Quando falo de minhas experiências, refiro-me à minha pessoa, à formação da minha personalidade, [...] e não posso negar que a história marcou em cheio com seu selo as experiências que marcaram minha personalidade” (LARROSA, 2014, p. 48). Esta dissertação apresenta uma pesquisa desenvolvida no Programa de Pós- Graduação em Educação Matemática (PPGEM) do Instituto de Geociências e Ciências Exatas – IGCE, Unesp, campus de Rio Claro, que teve como cenário de investigação uma escola pública de Anos Finais do Ensino Fundamental, pertencente ao Programa Ensino Integral, localizada na cidade de Rio Claro, interior do estado de São Paulo (SP), em que o objetivo foi analisar o processo de formação de conceitos matemáticos dos estudantes do nono ano do Ensino Fundamental ao desenvolverem o Pensamento Computacional por meio da realização de atividades com robótica. A pergunta de pesquisa que me motivou a conduzir essa pesquisa foi: quais as possíveis contribuições que o desenvolvimento do Pensamento Computacional pode propiciar ao processo de formação de conceitos matemáticos de estudantes do nono ano do Ensino Fundamental? O Pensamento Computacional (PC) é por mim compreendido como um conjunto de processos de pensamentos que desenvolvemos para resolver um determinado problema de forma que busquemos reconhecer padrões, realizar decomposição do problema em partes menores, realizar um raciocínio algorítmico e abstrato, que podem nos ajudar a pensar em novas ideias à medida que conexões vão surgindo nesse desenvolvimento, ou seja, procedimentos organizados algoritmicamente que nos auxilie a pensar sobre o pensar. Esse conceito foi definido a partir de várias concepções de autores que busquei estudar durante essa pesquisa e que apresentarei em capítulos posteriores com maior profundidade. Mas o que me levou a desenvolver essa pesquisa que envolveu o PC e conteúdos matemáticos? Para responder essa questão, apresento minha trajetória acadêmica e algumas concepções sobre a área de Educação e de Educação Matemática que me moveram a chegar aqui, descrito nessa dissertação. 16 1.1 Por que uma pesquisa com robótica e Pensamento Computacional na Educação Básica? A resposta à esta pergunta está atrelada ao caminho que trilhei até chegar no curso de Mestrado em Educação Matemática, no qual desenvolvi a pesquisa aqui relatada. Na Educação Básica me apaixonei pela profissão docente por causa da admiração que desenvolvi pelos meus professores, que com toda a dificuldade que tinham, se empenharam e me proporcionaram um ensino de qualidade. No terceiro ano do Ensino Médio, alguns colegas mostravam dificuldades em compreender a Matemática que estava sendo ensinada na sala de aula pelo professor, mas quando estudávamos em outro período e víamos vídeos ou outros recursos sobre Geometria Espacial em que poderíamos explorar os conceitos envolvidos, conseguíamos compreender aquele conteúdo estudado na sala de aula. Eu sempre me questionava o motivo pelo qual o professor de Matemática não trabalhava conosco em sala de aula aqueles vídeos, que talvez pudesse auxiliar no entendimento do conteúdo em que estávamos estudando. E esse também foi um dos motivadores que me despertaram o interesse em ser um professor de Matemática, pois acreditava que poderia proporcionar outras formas de ensinar Matemática que pudesse colaborar com a aprendizagem dos estudantes do Ensino Básico. O meu questionamento sobre a razão pela qual meus colegas não entendiam Matemática com o professor, mas pareciam entender comigo quando estudávamos juntos, me fez querer proporcionar a estudantes, um ensino de Matemática diferenciado, permitindo que todos vivessem experiências inovadoras nas aulas de Matemática e a compreendessem, sem achar que se tratava de algo difícil e para poucos. Com essas inquietações, finalizei essa etapa e comecei a trilhar um novo caminho: a graduação. Cursei Licenciatura em Matemática na Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT) da UNESP, campus Presidente Prudente, onde realizei um estudo na área de Matemática Aplicada e outro na área de Álgebra Abstrata, ainda no primeiro ano de graduação, no ano de 2012. Concomitante ao período em que realizei o estudo na área de Álgebra, iniciei um estágio remunerado no colégio Anglo de Presidente Prudente, onde, 17 posteriormente, fui efetivado como funcionário do colégio trabalhando como preparador de material didático para um portal eletrônico que o colégio possuía em que os estudantes realizavam atividades. Conversando com professores de Matemática desse colégio sobre minhas inquietações a respeito do ensino de Matemáticacom tecnologia, eles me apresentaram o software GeoGebra e me ensinaram a utilizá-lo de maneira básica. Motivado pelos professores do colégio, procurei a professora Dra. Maria Raquel Miotto Morelatti, docente do Departamento de Matemática e Computação, que atuava no curso de graduação de Licenciatura em Matemática, do qual eu era discente, e começamos a desenvolver um estudo na área da Educação Matemática. Em março de 2013, ela recebeu a notícia de que o projeto intitulado “Mapeamento do uso de tecnologias da informação nas aulas de Matemática no Estado de São Paulo”, aprovado sob número 16429 junto ao Edital 049/2012/CAPES/INEP do Observatório da Educação (OBEDUC), com financiamento da CAPES, coordenado pela Dra. Sueli Liberatti Javaroni do Departamento de Matemática da UNESP de Bauru, foi aprovado e uma bolsa seria atribuída a um estudante da UNESP de Presidente Prudente. Embora a pesquisa não envolvesse, fortemente, as minhas inquietações, ao ser convidado pela Profa. Maria Raquel para colaborar como pesquisador de Iniciação Científica (IC) desse projeto, aceitei o convite pois assim poderia ser uma forma de me aproximar dos estudos sobre o uso de tecnologias no ensino de Matemática. Atuei nesse projeto investigando as condições de estrutura física dos laboratórios de informática e seu uso por professores de Matemática de escolas estaduais, vinculadas à Diretoria de Ensino Regional de Presidente Prudente, que atendiam as séries finais do Ensino Fundamental e que estavam com o Programa Acessa Escola ativo, afim de contribuir para o objetivo do projeto maior. Minha participação nesse projeto, como bolsista, foi interrompida em junho do mesmo ano, quando fui contemplado com um intercâmbio de dupla diplomação por dois anos (2013-2015), pelo Programa de Licenciaturas Internacionais (PLI), na Universidade do Minho, Portugal, onde cursei a Licenciatura em Matemática equivalente ao Bacharelado em Matemática no Brasil, porém, continuei colaborando com a pesquisa em modalidade à distância. Durante o período em que estudei em Portugal, tive a oportunidade de cursar algumas disciplinas de pós-graduação no Instituto de Educação da Universidade do 18 Minho e desenvolver uma investigação de IC, sob a orientação dos professores doutores Bento Duarte Silva e José António Fernandes, em que o objetivo era investigar, in lócus, como professores de escolas da rede pública de ensino da cidade de Braga, Portugal, integravam o computador nas suas aulas de Matemática, o que me permitiu ter contato com algumas salas de aula de escolas públicas portuguesas e com outros recursos tecnológicos. Ainda, naquela ocasião em Portugal, tive contato com kits de Robótica sendo utilizados para o ensino de Matemática com estudantes do Ensino Infantil e Anos Iniciais do Ensino Fundamental. Foi nessa época que conheci o termo Pensamento Computacional e, coincidentemente, meu Trabalho de Conclusão de Curso realizado em Portugal foi sobre Álgebras e Aneis de Boole, estudando a maneira como George Boole buscou expressar o pensamento em números binários. Intrigado por essas possibilidades, comecei a ler sobre Pensamento Computacional e Robótica. Ao retornar ao Brasil, no ano de 2015, fui bolsista do Programa Institucional Brasileiro de Iniciação à Docência (PIBID) e, em seguida, fui bolsista do Programa OBMEP na Escola – Formação de Professores e Estudantes/Programa de Iniciação Científica (PIC) da OBMEP, coordenado pelo Instituto Nacional de Matemática Pura e Aplicada (IMPA), com o apoio da CAPES. Paralelamente às minhas atividades como bolsista desses dois últimos programas mencionados, realizei uma investigação de Iniciação Científica relacionada à Robótica Educacional, motivado pelos estudos realizados em Portugal e pelo fato do curso de Licenciatura em Matemática da UNESP de Presidente Prudente ter adquirido dois kits de robótica Lego Mindstorm no período em que estive realizando o intercâmbio. O objetivo dessa investigação foi investigar algumas das contribuições de um ambiente de aprendizagem mediado com Robótica Educacional para a construção de conceitos matemáticos, envolvendo, além de estudos teóricos, pesquisa empírica em salas de aula de Matemática de três turmas de terceiro ano do Ensino Médio de uma escola estadual localizada no município de Presidente Prudente, na qual foram desenvolvidas intervenções junto aos estudantes com uso de protótipos e programação de computadores. Dessa pesquisa podemos observar que o trabalho com os kits de robótica aliados às atividades matemáticas propicia condições favoráveis para o ensino dos estudantes. 19 E também, paralelo à essas atividades, participava como membro do Grupo de Pesquisa em Ensino e Aprendizagem como Objeto da Formação do Professor (GPEA) da UNESP de Presidente Prudente, que me permitiu desenvolver estudos teóricos sobre Educação Matemática, em particular questões voltadas para o ensino e aprendizagem de conteúdos matemáticos. Partindo disso, me inscrevi no processo seletivo do Programa de Pós- Graduação em Educação Matemática (PPGEM) da UNESP de Rio Claro para dar continuidade à minha formação como pesquisador, investigando sobre as contribuições do Pensamento Computacional no processo de ensino e aprendizagem da Matemática na Educação Básica. 1.2 Algumas concepções Por se tratar de uma investigação que envolve o processo de ensino e aprendizagem, considero importante apresentar algumas concepções inerentes às minhas ações como professor e pesquisador e que, portanto, estiveram presentes no desenvolvimento da pesquisa. Com base nas minhas vivências, inquietações, experiências e estudos sobre Educação, a concepção que possuo sobre essa área está consonante com Freire (2011) que entende Educação como um processo constante de desenvolvimento do conhecimento na busca pela transformação e reinvenção da realidade através da ação-reflexão humana. Ou seja, a Educação é algo prático. E dentro desta perspectiva, concebo a Educação Matemática como uma área de pesquisa que abrange um conjunto de ações atreladas ao conhecimento matemático (em seu aspecto filosófico, teórico e científico) e sua relação com outras áreas do conhecimento. E assim, corroboro Garnica (1999, p. 60-61): Assumir a Educação Matemática como “movimento” implica não em desqualificar sua vertente prática e, até mesmo, radicalizando, sua vertente “meramente” prática. Pretende-se, porém, uma prática que demande necessariamente, reflexão. Não a mera reflexão teórica fundante supostamente “autossuficiente [sic]”, mas uma reflexão que, sugerida pela prática, visa a uma efetiva [sic] intervenção na ação pedagógica”. Daí a deixa para a “dessacralização”: essa reflexão [...], concebida como reflexão teórico-prática. [...]. Desse modo, educadores matemáticos podem formar- se na própria atividade [sic] de pesquisa, vinculando prática e teoria, pesquisador e pesquisado, pesquisa e ensino, não dicotomizando sujeito e objeto. [...] a reflexão, teria, assim, a intenção de alimentar uma prática por ela alimentada. (GARNICA, 1999, p. 60-61, grifo do autor). 20 Atrelado a essas concepções de Educação e Educação Matemática, concebo que “ensinar não é transferir conhecimento, mas criar as possibilidades para sua produção ou a sua construção” (FREIRE, 2011, p. 24, grifo do autor). Uma vez que o cenário de investigação desta pesquisa foi em uma escola pública, mais especificamente no contexto de salas de aula compostas por seres humanos que vivem e relacionam-se a todo tempo em uma troca de experiências e vivências que geram saberes, ambos (formando e formador ou educando e educador) se formam e se reformam através de diálogo e respeito à autonomia e aprendizagens anteriores. Àquele que ensina é esperado uma atitude perante o estudante que o permita mobilizar diversos tipos de recursos cognitivos,através de desafios, usos de materiais didáticos, situações-problemas, investigações, etc. Ao estudante é esperado um empenho intelectual e uma ação perante a atitude de quem ensina, de modo que consiga estabelecer uma relação de sentido e significado entre eles e o objeto do conhecimento, em um processo reflexivo, mediado por quem ensina. Por isso, a relação entre sujeito e objeto é dialética, em que o professor ou quem estiver ensinando mobiliza o potencial cognitivo do aprendiz para que ele possa atribuir significados ao que se está produzindo. Nesta direção, o processo de aprender “pode deflagrar no aprendiz uma curiosidade crescente, que pode torna-lo mais e mais criador” (FREIRE, 2011, p. 26). Assumo, portanto, a concepção de que no processo de aprendizagem, “os educandos vão se transformando em reais sujeitos da construção e da reconstrução do saber ensinado, ao lado do educador, igualmente sujeito do processo” (FREIRE, 2011, p. 28) e é por isso que os saberes não são transferidos, mas sim, produzidos pelos aprendizes. Bordenave e Pereira (1993) reforçam que esse processo de aprender é composto por algumas características: o aprendiz tem um objetivo a ser alcançado, que originou de uma necessidade espontânea (por exemplo, a curiosidade) ou induzida (por exemplo, o professor, uma avaliação, um teste); o aprendiz se prepara através de estudos, leituras, etc., para alcançar esse objetivo; o aprendiz realiza algumas tentativas de ação, visando alcançar o objetivo gerado pela sua necessidade, e constata o sucesso ou o fracasso dessas ações através de sucessivas tentativas que são aprimoradas a cada nova tentativa; baseia-se em aprendizagens anteriores; podem ser utilizados diversos objetos de aprendizagem; é 21 acompanhado pelo processo de perceber, analisar, comparar, entender, etc. e é envolvido pelos processos emotivos do aprendiz. Embora a definição de conhecimento seja de vasto espectro, nesta pesquisa, aqui relatada nesta dissertação, concebemos que o conhecimento é o resultado do processo de interação entre o sujeito e o objeto em uma relação onde o sujeito observa e interage com a realidade, compreendendo-a e em um ambiente constituído por um coletivo formado por humanos e não humanos (BORBA; VILLARREAL, 2005). Nesse ambiente, os dispositivos informacionais providos de tecnologias digitais ou não, assumem um papel de destaque na produção de conhecimento que é realizada pela parcela humana desse coletivo. Além da possibilidade de gerar mudanças dentro do próprio conhecimento, esse ambiente possibilita “uma ressonância entre uma dada pedagogia, uma mídia e uma visão de conhecimento” (BORBA; PENTEADO, 2010, p. 45). O conhecimento, portanto, é modificado na interação com o meio, é o resultado das relações humanas sociais e culturais, e da técnica utilizada para gerir os dispositivos informacionais nesse contexto sociocultural. 1.3 Levantamento Bibliográfico Retomando o interesse da pesquisa aqui relatada, realizei um levantamento bibliográfico em Bases de Teses e Dissertações brasileiras, procurando encontrar trabalhos (publicados até março de 2018) que relacionassem no contexto da Educação Básica, os temas principais desta dissertação que serão apresentado mais adiante: Pensamento Computacional, kit de robótica Arduino, Scratch e Aprendizagem Matemática, para que esta pesquisa possa contribuir de maneira mais significativa para esse cenário de investigação. No Portal Domínio Público, do Governo Brasileiro, sob os critérios: Área de conhecimento: Educação, Ensino-Aprendizagem, Ensino de Ciências e Matemática, e Ensino e Aprendizagem na sala de aula, Nível: Mestrado e Doutorado, Palavras Chave: Pensamento Computacional, Scratch, Arduino e Aprendizagem Matemática, não encontrei trabalhos no período em que realizei a busca. Na Biblioteca Digital Brasileira de Teses e Dissertações (BDTD), com os termos de busca: Pensamento Computacional, Scratch, Arduino e Aprendizagem 22 Matemática, com correspondência em todos os termos e os tipos de documentos sendo dissertação ou tese, também não encontrei trabalhos no período em que realizei a busca. Porém, ainda na BDTD, com os mesmos termos de busca, mas, com correspondência em qualquer termo, foram encontrados 8.789 resultados, dos quais apenas sete contemplavam o contexto mencionado, porém, sem que todos os temas estivessem abordados no mesmo trabalho. Sobre os temas: Scratch e Aprendizagem Matemática foram encontradas as dissertações de Costa (2018), Rodrigues (2017) e Rocha (2017) e a tese de Silva (2016). Costa (2018) realizou um estudo com estudantes do último ano do Ensino Fundamental e primeiro ano do Ensino Médio sobre funções afim e quadrática e resolução de situações-problema através do software Scratch e concluiu que nas séries finais do Ensino Fundamental e no Ensino Médio, os estudantes mostram melhores resultados no que tange a autonomia e criatividade na construção de programação nesse software. Rodrigues (2017) realizou uma investigação com o uso do software Scratch para desenvolver um jogo educacional digital de Matemática, com o objetivo de investigar se o uso desse recurso tecnológico contribui para a aprendizagem de duas estudantes com deficiência intelectual sobre frações. O autor concluiu que esse recurso contribui para o desenvolvimento dos conceitos científicos de estudantes com deficiência intelectual de houver uma mudança nos procedimentos de ensino unido com uma ação mediadora do professor, trabalho coletivo e crença no potencial dos estudantes. Rocha (2017) investigou como os estudantes do sexto ano do Ensino Fundamental expressam o pensamento matemático em atividade de programação envolvendo o conceito de ângulo. Para isso, os estudantes desenvolveram atividades no Scratch, propostas pela pesquisadora, e produziram um jogo. Ao final, a autora concluiu que os programas, registros escritos, registros orais, movimentos corporais dos estudantes e aplicações em outras situações indicaram compreensões do conceito de ângulo e da programação. Silva (2016) investigou como o uso da lógica de programação, mediada pela linguagem de programação Scratch, potencializa o ensino de Matemática aos estudantes do terceiro ano do Ensino Médio, quanto à resolução de problemas. A 23 investigação foi concluída ressaltando que as aulas foram dinâmicas e motivadoras à aprendizagem, com os estudantes satisfeitos em aprender Matemática via Scratch. Sobre os temas: Pensamento Computacional e Aprendizagem Matemática foi encontrada a dissertação de Bozolan (2016), que investigou como que as tecnologias emergentes, aliadas ao Pensamento Computacional podem auxiliar no processo de ensino e aprendizagem. Para isso, investigou, acompanhou e analisou o uso do software Processing como ferramenta para desenvolver o conteúdo das disciplinas “Elementos Fundamentais de Matemática” em 2015 e “Introdução ao Pensamento Computacional”, em 2016 pertencente ao curso de Graduação em Comunicação Social – Midialogia, da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). O estudo concluiu que as tecnologias emergentes geram padrões responsáveis pelo processo de ensino e aprendizagem, a saber: emocional, técnico- operacional, imitação, relação-comunicação, relação-informação, relação-expressão reflexiva e auto formação. Sobre os temas: Kit de robótica e Aprendizagem da Matemática, foi encontrada a dissertação de Medeiros Neto (2017) e Oliveira (2017), Medeiros Neto (2017), em sua dissertação vinculada ao Mestrado Profissional em Matemática em Rede Nacional (PROFMAT), apresenta um robô prototipado em uma impressora 3D que foi utilizado como ferramenta adicional ao ensino e aprendizagem da Matemática, junto com kit de robótica Arduino. Através da implementação de um algoritmo, atrelado a uma proposta de atividades, foi possível realizarcálculos algébricos que descreveram um circuito composto por segmentos de reta e arcos de circunferência. Oliveira (2017) analisou aspectos relacionados ao ensino de funções no primeiro ano do Ensino Médio com o kit de robótica Brink Mobil, desenvolvendo com os estudantes, atividades que englobaram a montagem e manipulação de uma empilhadeira, relacionando a programação com conceitos de funções. O autor concluiu que quando a experimentação é realizada de maneira planejada, o conhecimento passa a ter significados para o estudante. Na Biblioteca Digital USP, com os termos de busca: Pensamento Computacional, Scratch, Arduino e Aprendizagem Matemática, com correspondência em todos os termos, não encontrei nenhum trabalho. Na mesma base, com os mesmos termos de busca, mas, sem correspondência em todos os termos, encontrei os trabalhos de Lima (2015), Ripardo (2014) e Romão (2013) 24 Lima (2015), em sua dissertação do Mestrado Profissional em Ensino de Matemática, abordou um conceito da Teoria das Situações de Brousseau como ferramenta para uma aprendizagem matemática mais autônoma de alunos do Ensino Médio ao desenvolver uma sequência didática que visava potencializar uma situação adidática, abordando o tema Análise Combinatória. A autora percebeu que há fatores na escola que limitam a criação de situações adidáticas, mesmo assim considera ser esse o caminho para alcançar objetivos no ensino de Matemática visando a aprendizagem. Ripardo (2014), em sua tese, trabalhou com estudantes do oitavo e novo ano do Ensino Fundamental que estavam com dependência nas disciplinas de Língua Portuguesa e/ou Matemática para investigar a relação e contribuição da escrita na aprendizagem matemática escolar. O autor concluiu que a escrita e reescrita de narrativas de construção é uma importante metodologia para que o estudante mobilize conceitos aprendidos anteriormente gerando novos aprendizados. No Repositório da Produção Científica e Intelectual da UNICAMP, com os termos de busca: Pensamento Computacional, Scratch, Arduino e Aprendizagem Matemática, com correspondência em todos os termos, encontrei a dissertação de Stella (2016), que investigou a utilização de recursos tecnológicos associados às disciplinas da grade curricular do ensino fundamental, incluindo a Matemática, com foco na introdução de conceitos de linguagem de programação, recorrendo a atividades lúdicas que possam colaborar com o desenvolvimento do raciocínio lógico dos estudantes e, para isso, utilizou o software Scratch. A autora utilizou atividades instrucionistas e construcionistas e concluiu que os estudantes preferiram a dinâmica instrucionista e durante a programação no Scratch, se envolveram mais com os blocos de som, imagens e fotos. No Repositório Institucional UNESP, com os termos de busca: Pensamento Computacional, Scratch, Arduino e Aprendizagem Matemática, com correspondência em todos os termos, não encontrei nenhuma dissertação ou tese que abordasse esses temas no mesmo contexto. Desta maneira, não posso afirmar que essa pesquisa se trata de algo inédito mas saliento a sua relevância para esse campo de investigação, uma vez que as pesquisas encontradas nas bases de dissertações e teses investigadas, com os termos de busca mencionados, não entrelaçam o Pensamento Computacional desenvolvido ao se utilizar Arduino e a linguagem de programação por blocos 25 Scratch no processo de Aprendizagem Matemática com estudantes do nono ano do Ensino Fundamental. Além disso, nenhum dos trabalhos encontrados abordaram os conteúdos: significado do resto da divisão euclidiana e congruência de números inteiros módulo n por estudantes do nível escolar mencionado. Isto posto, na sequência apresento as seções que compõem essa dissertação. 1.4 Estrutura da dissertação Apresentadas as concepções intrínsecas às minhas práticas e refletidas em minhas ações durante a pesquisa aqui relatada, os motivos que me levaram a investigar o tema que se apresenta neste trabalho e o levantamento bibliográfico efetuado, espero com este estudo, apresentar uma análise da possível articulação da aprendizagem de conteúdos matemáticos com o desenvolvimento do pensamento computacional de estudantes das séries finais do Ensino Fundamental quando estes realizam atividades matemáticas com kit de robótica aliado à programação computacional. Assim, para melhor compreensão teórica e prática do estudo realizado, esta dissertação está dividida em: Seção 1 – Primeiras Palavras, trajetória e concepções: dou início a dissertação apresentando seu objetivo e a pergunta que norteou as minhas ações, apresento os motivos que me levaram a pesquisar na Educação Básica com kit de robótica e linguagem de programação, envolvendo o Pensamento Computacional e a Aprendizagem Matemática, concepção de Educação, Educação Matemática, Ensino, Aprendizagem e Conhecimento que deram base para todo o trabalho desenvolvido e apresento um levantamento bibliográfico realizado em bases nacionais de teses e dissertações. Seção 2 – Nessa seção apresento uma discussão epistemológica sobre Pensamento Computacional por meio das várias definições que teóricos vem adotando sobre o tema e apresento a definição de Pensamento Computacional que foi adotada no desenvolvimento dessa pesquisa. Seção 3 – Como ocorre o desenvolvimento cognitivo e a formação de conceitos?: apresento um estudo sobre o desenvolvimento cognitivo do indivíduo, à luz das concepções de aprendizagem e desenvolvimento de Vygotsky. 26 Seção 4 – Produção dos dados e o cenário de investigação: apresento os procedimentos metodológicos da pesquisa de campo, a pergunta de pesquisa e os objetivos geral e específico. Apresento, também, como se deu o contato com a escola, a escolha pelo conteúdo matemático abordado, o kit de robótica Arduino utilizado nas atividades desenvolvidas na escola e o software Scratch for Arduino (S4A). Seção 5 – Análise e discussão dos dados: apresento os dados e os analiso e discuto com base nas concepções de aprendizagem de Vygotsky e da Neurociência, e concepções de Pensamento Computacional, olhando sempre para o cenário da sala de aula. Seção 6 – Considerações finais: conclui a investigação realizada articulando todos os temas abordados e finalizo apresentando perspectivas para futuros trabalhos. Seção 7 – Referências Bibliográficas: apresento todas as referências bibliográficas utilizadas para a constituição desta dissertação. Após a seção 7, apresento os anexos e apêndices. 27 2 PENSAMENTO COMPUTACIONAL Quanto valeria um pensamento que nunca fosse transformado por seu objeto? (LÉVY, 1993, p. 11). A palavra “computacional”, enquanto área, remete à Ciência da Computação e, enquanto objeto, nos remete ao computador. A palavra “pensamento” remete ao campo das ideias, ao raciocínio não verbalizado (Vygotsky, 2008). Nesse sentido, estaria correto dizer que o Pensamento Computacional está relacionado com as ideias que fundamentam a Ciência da Computação ou ainda, estaria relacionado ao raciocínio “utilizado pelo computador” para seu funcionamento, ou seja, ao algoritmo e os programas que eles representam? Para Brookshear (2013), a Ciência da Computação tem se estabelecido como a ciência dos algoritmos e, portanto, o núcleo da Ciência da Computação é formado pelo seu estudo, que surgiu na tentativa de expressar diversas tarefas em um formato algorítmico, em decorrência da sobrecarga da mente humana no processamento de informações que ocorre devido à capacidade limitada de armazenamento de dados e, portanto, “o escopo dessa ciência é amplo, oriundo de assuntos tão diversos quanto matemática, engenharia, psicologia, biologia, administração de empresas e linguística” (BROOKSHEAR, 2013, p. 11). O autor define algoritmo como “um conjunto ordenado de passos executáveis, não ambíguos,que define um processo finalizável” (BROOKSHEAR, 2013, p. 154) e explica que O algoritmo, de um modo geral, não possui uma única linha de execução semelhante ao cenário de primeiro passo, segundo passo. No lugar disso, a estrutura do algoritmo está na forma de múltiplas linhas de execução, que criam desvios e se reconectam à medida que diferentes processadores realizam diferentes partes da tarefa (BROOKSHEAR, 2013, p. 154). Percebo, então, que o algoritmo une diferentes partes de modo a executar o programa de modo correto e essas diferentes partes da tarefa são realizadas por processadores. Começo, aqui, indicando o que entendo por Pensamento Computacional: um pensamento que requer cuidado, atenção, investigação e realização da tarefa em diferentes partes para que o nosso cérebro consiga 28 processá-las com a finalidade de no final juntar todas as partes e solucioná-la ou resolvê-la. Para essa ciência, cujo núcleo de estudos são os algoritmos, Brookshear (2013) considera importante o conceito de abstração, pois é através da abstração que somos capazes de construir, de analisar e de gerenciar sistemas computacionais grandes e complexos, que nos confundiriam se fossem vistos em sua totalidade em um nível detalhado. A cada nível de abstração, vemos o sistema em termos de componentes, chamados de ferramentas abstratas, cuja composição interna ignoramos. Isso permite nos concentrarmos em como cada componente interage com outros em um mesmo nível e em como o conjunto, como um todo, forma um componente de nível mais alto. Logo, somos capazes de compreender a parte do sistema que é relevante para a tarefa desejada em vez de nos perdermos em um mar de detalhes (BROOKSHEAR, 2013, p. 12, grifo do autor). A memória principal do computador é organizada em sequências de células de memória endereçáveis, ou seja, os dados são dimensionáveis, e isso faz com que as outras estruturas que compõe o sistema do computador sejam simuladas ao se unir todas as partes da tarefa para obter seu resultado ou solução. As maneiras como os dados são organizados, a partir dessa ideia de dimensões, como por exemplo, em matrizes, listas, diagramas, etc., são ferramentas abstratas criadas para dispor os dados de tal forma que seja possível acessar essas informações de modo conveniente. Em termos de desenvolvimento cognitivo, a simulação é referente às etapas de atividade intelectual que precedem a exposição racional, ou seja, está diretamente relacionada a etapas que envolvem imaginação, tentativas e erros. Lévy (1993) salienta que é usual que as pessoas construam modelos mentais de objetos ou situações acerca do que estão observando ou analisando, e então explorem distintas possibilidades dentro de tais construções que foram mentalizadas. Brookshear (2013, p. 153) afirma que pesquisadores da Ciência da Computação acreditam que “toda atividade da mente humana, incluindo a imaginação, a criatividade e a tomada de decisões, é resultado da execução de um algoritmo”. Esse modo de pensamento, em algoritmo, gera um processo de raciocínio que requer vários níveis de abstração por meio de ideias que são geradas a partir de um pensamento recursivo, pensamento sequencial, modelação, simulação, divisão de problemas em partes menores, entre outras capacidades analíticas da Ciência da Computação, de modo que as conexões entre essas ideias 29 e as soluções realizadas possibilitem o surgimento de novas ideias (WING, 2006; 2008; 2016; MANILLA, 2014; PAPERT, 1996; RAMOS; ESPADEIRO, 2014). A forma de “pensar do computador”, através de algoritmo e abstração, apresentada por Brookshear (2013) não é diferente da do pensamento humano. George (1973, p. 28) pensou em um computador processando dados de maneira combinada “em-linha” e “fora de linha” para fazer uma analogia ao pensamento humano e definir pensamento como sendo [...] o processo que pode ser encarado inicialmente como uma simbolização de eventos e sua manipulação posterior dos próprios símbolos por meio de vários processos de inferência lógica ou ilógica onde o processamento - uma espécie de processamento de dados - pode ser acompanhado de “produção de imagens” (imagery). Entendemos por “produção de imagens” como uma “ressuscitação de um sistema “input” (em uma forma diminuta) em um tempo qualquer posterior à ocorrência do input inicial. De fato, compreendemos por “imaginação” (imagination) como algo mais do que este processo de “produção de imagens”, uma vez que a imaginação pode combinar vários inputs prévios em um padrão (pattern) que nunca ocorreu previamente na realidade (GEORGE, 1973, p. 28). Bartlett (1958) definiu o pensamento como “a extensão da prova de acordo com esta prova; e isto se realiza quando caminhamos através de uma sucessão de etapas interligadas que podem ser declaradas na ocasião ou postergadas a uma declaração a ser feita”. Para os propósitos desta dissertação, vou basear-me nas definições apresentadas por George (1973) e Bartlett (1958). Seymor Papert em um trabalho intitulado An exploration in the space of mathematics educations, discutiu o uso do computador na resolução de problemas, de modo a provocar o surgimento de novas ideias à medida que conexões entre as soluções são realizadas (Papert, 1996), e portanto, iniciando a ideia do conceito de PC. Um pouco mais de uma década depois, Jannette Wing apresentou uma nova definição, afirmando que se trata de processos de pensamento envolvidos na formulação de problemas e suas soluções, para que estas sejam representadas de uma forma que possa ser realizada por um agente de processamento de informações (Wing, 2011). Embora Papert fale em forjar ideias e Wing fale em processos de pensamento, ambos os autores enfatizam que o Pensamento Computacional está relacionado ao raciocínio (Manilla, 2014). Em minha concepção, o foco do Pensamento Computacional não está no uso da tecnologia por si só ou em como a máquina resolve problemas ou, ainda, em como o homem junto com a máquina ou outras mídias, resolvem problemas. O foco 30 está no que a incorporação dos níveis de ferramentas abstratas ao pensamento humano, utilizadas para construir os equipamentos computacionais e desenvolver os grandes sistemas de software, contribui com a produção de conhecimento. Portanto, concebo o Pensamento Computacional como sendo a sistematização do pensar, a busca por organizar os pensamentos e aí, como consequência disso, com estratégias que possibilitam o surgimento do processo de divisão do problema a ser resolvido estrategicamente em partes menores na busca de novas ideias à medida que novas conexões entre as soluções são realizadas, proporcionando obter a solução do problema inicial, proporcionando o pensar sobre o pensar. Trata-se de processos de pensamento envolvidos na formulação de problemas e suas soluções para que estas sejam representadas de uma forma que possa ser realizada por um agente de processamento de informações (WING, 2008), nosso cérebro. O Pensamento Computacional pode ser desenvolvido pelo humano e acontece quando este reorganiza o seu pensamento incorporando aos seus processos mentais, as ideias da Ciência da Computação e gera essas ferramentas abstratas que serão utilizadas para desenvolver e compreender um sistema maior e mais complexo. Esse desenvolvimento “é realizado de uma maneira modular, na qual cada módulo é usado como uma ferramenta abstrata em módulos maiores” (BROOKSHEAR, 2013, p. 13), ou seja, foca-se a atenção em áreas particulares dentro da área complexa para depois compreender essa complexidade. Nesse sentido, corroboro Sousa e Lencastre (2016, p. 257), que ao desenvolver o Pensamento Computacional, o indivíduo desenvolve o [...] pensamento abstrato (utilização de diferentes níveis de abstração para perceber os problemas e, passo a passo, solucioná-los), o pensamento algorítmico(expressão de soluções em diferentes passos de forma a encontrar a forma mais eficaz e eficiente de resolver um problema), o pensamento lógico (formulação e exclusão de hipóteses) e o pensamento dimensionável (decomposição de um grande problema em pequenas partes ou composição de pequenas partes para formular uma solução mais complexa) (SOUSA; LENCASTRE, 2016, p. 257). Esses vários tipos de pensamentos que podem ser privilegiados ao desenvolver o Pensamento Computacional, propiciam ao indivíduo o pensar sobre o pensar (PAPERT, 1980) e permitem que o indivíduo desenvolva a capacidade “de articular o trabalho de sua própria mente e, particularmente, a interação entre ela e a 31 realidade no decurso da aprendizagem e do pensamento” (PAPERT, 1971 apud VALENTE, 2016). O Pensamento Computacional é um pensamento analítico que compartilha com o pensamento matemático as formas gerais para solucionar um problema, tendo como essência a abstração que “é a ferramenta ‘mental’ da computação”1 (WING, 2006, p. 3718, tradução nossa); é uma maneira pela qual os humanos solucionam problemas; é a ideia computacional que utilizamos para resolver problemas, conceituar, pensar de maneira abstrata, gerenciar nossas vidas, comunicar e interagir com outras pessoas (WING, 2006). Ou seja, é a união do “pensamento humano com as capacidades computacionais” (PHILLIPS, 2009), desafiando o ser humano “a pensar sobre a manipulação de dados e ideias que devem solucionar um problema” (STELLA, 2016, p. 27). Ainda, o Pensamento Computacional pode ser caracterizado pelo “domínio de competências e habilidades da [Ciência da] Computação que podem ser aplicadas à compreensão de conteúdos de outras áreas da ciência” (BARCELOS; SILVEIRA, 2013, p. 53). “Essas habilidades envolvem a capacidade de ler, interpretar textos, bem como, compreender as situações reais propostas nos problemas e transpor as informações destas situações para modelos matemáticos, científicos ou sociais” (MESTRE et al., 2015, p. 1283). Portanto, o Pensamento Computacional utiliza conceitos e abordagens advindos da Computação durante a resolução de problemas, mas não está relacionado somente à área da Computação (WING, 2016). “O uso de determinados conceitos associados à Computação pode ser empregado para estruturar, processar e analisar dados, criando novos conhecimentos que podem ser aplicados em qualquer área do conhecimento” (SILVA; MIORELLI; KOLOGESKI, 2018, p. 210), gerando níveis de organização das ideias, processos mentais e estruturação de raciocínios. Para uma sala de aula propícia ao desenvolvimento do Pensamento Computacional do estudante, Barr e Stephenson (2011), apresentam estratégias ou características que podem ser consideradas amplamente benéficas para qualquer experiência de aprendizagem, fornecendo uma maneira de começar a incorporar o Pensamento Computacional dentro da educação formal: 1 are the ‘mental’ tools of computing 32 • Maior uso de vocabulário computacional por professores e alunos, quando apropriado, para descrever problemas e soluções; • Aceitação, por professores e alunos, de tentativas de solução fracassadas, reconhecendo que a falha precoce pode, muitas vezes, colocá-lo no caminho para um resultado bem sucedido; • Trabalho em equipe dos alunos, com uso explícito de: o Decomposição - quebrar problemas em partes que possam ser mais facilmente resolvidas o Abstração - simplificando do concreto ao geral à medida que as soluções são desenvolvidas o Negociação - grupos dentro da equipe trabalhando juntos para juntar partes da solução no todo, e o Construção de consenso - trabalhando para construir uma solidariedade grupal por trás de uma ideia ou solução (Barr; Stephenson, 2011, p. 52, tradução nossa)2 Essas estratégias ou características para o trabalho do Pensamento Computacional em sala de aula visando a aprendizagem de conceitos pelo estudante estão amplamente conectadas com o conjunto de conceitos e capacidades do Pensamento Computacional que a Computer Science Teachers Association (CSTA) e a International Society for Technology in Education (ISTE) elaboraram visando a sua utilização na Educação Básica e a inspiração de professores, que não são da área de Ciência da Computação, para essa utilização. Esses conceitos envolvem habilidades como o processo de coletar dados adequados ao problema; analisar esses dados; representar e organizá-los; decompor o problema em partes menores de modo que consiga analisar melhor as informações obtidas; abstrair de modo que consiga obter a ideia principal do problema; estabelecer uma sequência algorítmica com esses dados para alcançar o objetivo; usar computadores ou máquinas para automatizar o processo de análise dos dados do problema; organizar recursos para que as tarefas sejam realizadas simultaneamente, tendo a finalidade do objetivo comum; e representar ou modelar os dados através da simulação. 2 • Increased use by both teachers and students of computational vocabulary where appropriate to describe problems and solutions; • Acceptance by both teachers and students of failed solution attempts, recognizing that early failure can often put you on the path to a successful outcome; • Team work by students, with explicit use of: • decomposition - breaking problems down into smaller parts that may be more easily solved, • abstraction - simplifying from the concrete to the general as solutions are developed, • negotiation - groups within the team working together to merge parts of the solution into the whole, and • consensus building - working to build group solidarity behind one idea or solution. 33 Concordo com a essência das ideias propostas pelo CSTA e ISTE sobre o Pensamento Computacional, porém, acredito que não se limita a isso. O uso de computadores para automatizar soluções é um dos meios propiciadores do desenvolvimento do Pensamento Computacional, existindo outros como jogos, materiais manipuláveis, etc., afinal, como já mencionei pautado em Wing (2016) e outros autores, entendo que ele não é desenvolvido somente quando utilizamos a máquina como uma ferramenta, mas, sim, quando utilizamos as ideias presentes no funcionamento do computador para solucionar nossos problemas ou tarefas. Como já argumentado, o Pensamento Computacional é um processo de pensamento que usa ferramentas abstratas e conceitos da Ciência da Computação para resolver problemas, atividades ou tarefas, gerando novos processos mentais a cada momento que novas informações são incorporadas a esse processo. É, portanto, algo complexo que requer uma divisão e estudo do problema, em partes, e que é desenvolvido através do pensar sobre o pensar, de maneira estruturada, dimensionável, algorítmica e abstrata. Todavia, pensar no desenvolvimento do Pensamento Computacional por estudantes é considerar esse desenvolvimento durante a aprendizagem de modo que contribua para o aprendizado. Nesse processo, cabe ao professor a escolha por tarefas, problemas ou atividades que promovam esse pensamento sistemático, essa organização de ideias, o pensar sobre o pensar e a reorganização do pensamento. Para isso, também é papel do professor escolher os recursos que serão utilizados de modo a atingir esse objetivo, podendo ser recursos digitais ou manipulativos. Na seção a seguir, veremos como o cérebro processa essas informações e porque se faz necessário essa mediação do professor nesse desenvolvimento do Pensamento Computacional para que ocorra o aprendizado. 34 3 COMO OCORRE O DESENVOLVIMENTO COGNITIVO E A FORMAÇÃO DE CONCEITOS? “A subjetividade do indivíduo ou a ‘parcialidade’ de sua consciência, que caracteriza o seu comportamento ativo frente ao meio é um fenômeno de origem sócio histórica
Compartilhar